亚投登录官方:未来网络架构及关键需求

发布时间:2022-10-06 04:35:46 来源:亚投app首页 作者:亚投娱乐平台

  互联网的开放架构使得新应用的创新层出不穷,应用不断向深度和广度拓展。面向未来 5~10 年,互联网从消费互联网向产业互联网的演进最为令人期待;VR、AR、全息等新媒体应用 也同样值得关注。6G 面向万物智联,提出了感知互联网、AI 服务互联网、行业服务互联网等应 用场景和需求。随着业务形式的多样化和网络规模的扩张,对网络自身也提出了智能、开放的要求。

  研究认为,面向新的业务需求,未来网络的发展趋势可以归纳为三个愿景:万维互联、算网融合和 精准网络。这三个愿景对应着未来网络的三个主要应用场景。

  万维互联:包含 3 个含义:万网、万物和万业。万网是网络将持续融合多种异构网络互联,包括网络向空天地一体化演进、下一代智慧光承载和接入网、下一代 B5G/6G 移动互联网等;而随着物联网的深入发展,未来网络需要支持更大范围、更高数量级的万 物互联 IoT,从而实现智慧家庭、智慧城市等数字化社会的目标;工业互联网等垂直行业多 种边缘异构异质网络无缝连接到以 IP 为核心的未来网络互联体系。

  算网融合:在边缘计算的大背景下,算力资源从中心云的集中模式,逐渐向云-边 -端的分布式模式转变。因此,如何将全网的算力资源、网络的精准传输能力更好的结合起 来,实现云、边、端三级算力的分配和协同,是未来网络需要完成的使命。具体来说,网 络需要能够根据不同的业务需求,并结合网络实时状况、计算资源实时状况,将业务导入 到最合适的计算节点上执行计算任务,实现用户体验最优、计算资源利用率最优、网络效 率最优。进一步地,通过动态优化连接的特性,如带宽、时延等特性,可为计算资源的动 态利用提供更好的网络连接 QoS 保证,从而实现了计算和网络的深度融合。

  精准网络:面向未来工业控制、智能电网、远程医疗、自动驾驶等实时交互要求 极高的业务,网络需要提供 99.999%的可靠性,以及毫秒级的时延和微秒级的抖动。面向 未来的 AR/VR、全息通信等消费类业务,网络同样要满足越来越苛刻的带宽需求和精准传输需求。

  主要指的是时间敏感及可靠通信的需求。时间敏感的确定性需求包括确定性时延需求(端到端时延上限确定,即端到端网络通信时延低于期望的最大值)、确定性时延变化需求(端到 端时延变化确定,即端到端时延变化或称为抖动低于期望的最大值);可靠通信的需求主要是 确定性低丢包率需求(丢包率低且低于期望的最大值)。时间敏感及可靠通信的典型应用包括 工业控制、车辆远程操控、智能电网电力保护等。

  产业互联网相对于消费互联网,对于网络安全的需求有本质的不同,然而现有技术难以满 足多样化应用场景的泛在网络安全需求,未来网络需要在传统网络安全的基础上提供网络内生 的安全增强。比如,未来产业互联网引入新角色、新信任关系,需要对身份或标识真实性做更 强的校验,对端到端通信做路由安全保障,增强网络业务通信的可信度;网络需对未知攻击增 强内生防御能力,提供自适应、自免疫、协同的内生安全能力。

  移动性问题是 IP 网络由来已久的问题。IP 技术设计最初基于有线接入场景,存在 IP 地址身 份、位置二义性问题,使得如何在移动环境下保持业务连续性成为一个难题。而随着工业互联、 车联网、无人机、云 XR 等新兴业务的发展,未来网络对于移动性将会提出越来越高的要求,不 仅要满足业务连续不中断,还要在移动切换过程中保持零丢包、低时延、低抖动、高可靠。未 来的 6G 网络需支持新增的空天地、毫米波、微基站等新型连接技术,在连接密度、空间容量、 终端移动速度等方面相比 5G 网络有上百倍的增加,对于确保业务连续性和服务质量提出了重大 挑战。

  算网融合的需求是网络能够感知算力,并基于用户请求将动态分布的计算、存储等多维度资源统一调度、按需分配,实现全网的算力和网络一体化。网络能够针对算力进行可度量、可 交易的调度,支持针对裸资源、虚拟机、容器和微服务等多种方式和颗粒度的算力资源调度。而在传统互联网的架构中,网络和算力的部署、运营是相对隔离的状态。尽管目前业内在朝云 网融合的方向努力,但各个云平台都是封闭私有的架构,云和网之间也难以形成有效的协同。

  未来网络中异构网络不仅连接各种物理实体,如主机和人;随着网络虚拟化的深度演进, 也需要连接各种虚拟化实体,如内容、计算、存储等虚拟资源。因此未来网络既要支持传统的 基于主机和位置绑定的拓扑寻址,也需要支持基于虚拟化和移动化的标识寻址、内容寻址、计 算服务寻址等。

  1. 传统互联网的核心设计原则,包括端到端原则、分层解耦原则等,需要尽量保留。毕竟, 互联网运行 50 年来已经取得了巨大的成功,不论是对应用创新的促进,还是网络本身的扩 展性、健壮性,都说明互联网的架构设计总体是合理的,目前没有充足的理由对其做根本 性的改变。

  2. 运营商出于业务控制、运营管理的需要,多年来不断对网络架构和协议做出改进。这已经 成为互联网获得成功的关键因素之一,是互联网不可或缺的一部分。在未来网络的设计中, 需要继承运营商多年来形成的网络设计理念,比如可管可控、服务质量保障、集中式与分 布式控制相结合等。

  3. 面向未来的需求,现有的网络技术不能完全满足。现有网络的一些设计原则需要进行调整。比如,传统的端到端原则,要求业务和网络之间的解耦,网络不感知业务。但这种模式显 然不能满足对于传输质量有很高要求的业务场景。

  4. 为了实现业务和网络的协同,未来网络的目标是持续增强 IP 网络能力,为共性化需求提供 内生的、网络主导的解决方案,为业务和应用提供支撑。

  从横向的角度看,也就是终端、网络、业务之间的关系看,传统互联网的端到端原则,是 指业务的处理主要在两端进行,网络不感知业务,保持“哑管道”模式。这种架构确实有利于两 端的业务创新,但正如前面章节所述,业务和网络的隔离在有些场景并不能满足业务的需求。

  互联网架构的“纵向”,可以有两个角度去理解:一个是纵向的协议层次,也就是 TCP/IP 协 议栈,分为应用层、传输层、网络层、网络接口层(网络接口层可再细分为链路层、物理层);还有一个角度是网络的纵向功能区分,分成转发面、控制面、管理面。

  为了满足面向 2030 年业务发展需求,结合上述提到的两大设计理念:“服务化网络赋能的 端到端原则”和“智能控制面支撑的瘦腰模型”,未来网络参考架构如下。

  未来网络在保持原有尽力而为服务能力的基础上,增强提供确定性业务服务能力、网络内 生安全能力、算力网络服务能力和连续移动业务服务能力,同时将增强服务能力延伸到业务应 用的两端,并提供标准化的设计范式,简化应用层设计,为未来多种多样的业务提供服务化的 支撑,有利于全社会全行业的快速创新和发展。

  未来网络以智能插件的形式驻留在业务应用的两端(在业务应用的两端资源受限无法满足 智能化部署需求时,智能插件也可以就近部署在网络的边缘节点上),智能插件负责实现网络 标识映射和管理,其核心思想就是基于 IP 地址的灵活扩展,来解决当前互联网面临的安全可信、 移动连续以及寻址效率等问题;智能插件另一个重要能力就是基于感知的应用意图,对网络、 算力、AI、安全等综合资源进行最优决策和调度,最终向应用提供有精准资源保证的精准连接。

  未来经济社会和互联网深度融合,面对由此带来的业务多样性、用户多样性、介质多样性 等需求,此时应用和网络的设计需要更为高效和敏捷。架构设计中一个重要的问题就是取舍问 题,高性能、易用性、稳定性、可扩展性、可维护性、安全性往往不可兼得,架构决策的关键 在于理解利弊和确定优先级。在未来网络的架构设计中一定要避免网络中心论或者应用中心论, 避免过度设计。

  未来网络新功能的部署,可以把复杂多变的处理交给控制面,网络 设备保留通用、简化的处理功能,也就是控制面面对应用的多样性需求,通过抽象和建模得到聚合后的网络功能,比如标识、选路、编程、调度等,数据面负责提供基本原子元素的组合操 作,去实现上述网络功能。

  通过前面对于运营商发展历程的回顾可知,运营商通过电信网为经济社会快速地提供了无 所不在的互联网连接,而运营商对于网络实现的可管理可运营支撑了网络规模的快速增长和网 络服务质量的提升,成为互联网成功的重要推手。